Дистанционные методы и программно-аппаратное обеспечение в новой технологии таксации лесов дешифровочным способом «От съемки к проекту» Remote Sensing, Software and Hardware in the New Technology of Forest Mensuration by Interpretation Method “From survey to project” Архипов В. И. , Черниховский Д. М. , ФГУП «Рослесинфорг» , Россия Arhipov V. I. , Chernikhovskii D. M. , FSUE «ROSLESINFORG» , Russia 13 -я Международная научно-техническая конференция «От снимка к карте: цифровые фотограмметрические технологии» , 21– 27 сентября 2013 г. , Фонтенбло, Франция
2 Научно-инновационный проект «От съемки к проекту» Research and Innovation Project «From survey to project» В состав проекта входят: • • • Разработка общелогистической технологической карты бизнес-процесса «От съемки к проекту» на основе использования фотограмметрического комплекса Vision. Map A 3, модуля по стереоскопическому дешифрированию «Photomod Stereo. Measure» и ПК «ЕСАУЛ» . Совершенствование дешифровочного способа таксации лесов с применением современных средств и методов получения и обработки информации: стереосъемки, специального комплекса технических средств и программного обеспечения. Разработка специального модуля «Photomod Stereo. Measure» для лесного стереодешифрирования цифровых изображений (совместно с ЗАО «Ракурс» ). Разработка программного комплекса для информационно-аналитического обеспечения процессов лесоустройства и лесного планирования: «Единая система автоматизированного учета лесов» - ПК «ЕСАУЛ» . Совершенствование имеющихся и разработка новых учебных программ и пособий по дистанционным методам в лесном хозяйстве. Функциональным ядром всего проекта является технология таксации лесов дешифровочным способом на основе использования фотограмметрического комплекса Vision. Map A 3, модуля по стереоскопическому дешифрированию «PHOTOMOD Stereo. Measure» и ПК «ЕСАУЛ» .
3 Технологический цикл «От съемки к проекту» The technological cycle «From survey to project» Цель проекта – повышение производительности и эффективности работ по таксации лесов на основе использования новейших технических и программных средств (аэрофотосъемки, фотограмметрии, стереодешифрирования) Решаемые задачи: – разработка технологического цикла лесотаксационных работ на основе использования фотограмметрического комплекса Vision. Map A 3, модуля «PHOTOMOD Stereo. Measure» , ПК «ЕСАУЛ» , ГИС-программ, аппаратных комплексов для стереодешифрирования, – выбор оптимального программно-аппаратного обеспечения рабочего места таксатора-дешифровщика, – опытно-производственная проверка технологического цикла на примере одного участкового лесничества с получением повыдельной геоинформационной базы данных и полного комплекта выходных документов по таксации лесов согласно лесоустроительной инструкции, – разработка учебных программ и пособий, подготовка специалистовдешифровщиков на базе учебно-методического центра по развитию дистанционных методов в лесном хозяйстве, – оценка производительности и экономической эффективности технологии «От съемки к проекту»
4 Основные этапы работ технологического цикла «От съемки к проекту» The main stages of technological cycle 1. Аэросъемка - планирование, заказ, выполнение, получение материалов цифровой аэрофотосъемки, - создание ортофотопланов средствами Vision. Map A 3 2. Дешифрирование 3. Формирование ГИС - создание цифровой картографической основы, - выполнение контурного, аналитического и измерительного дешифрирования, - векторизация границ выделов средствами ЦФС Photomod - ввод карточек таксации, - формирование геоинформационной базы данных, - печать стандартных лесных карт, ведомостей, отчетов средствами ПК «ЕСАУЛ»
Характеристики программно-аппаратного обеспечения Characteristics of software and hardware СОСТАВ КОМПЛЕКСА Фотограмметрический комплекс «Vision Map А 3» (производство - Израиль) АРМ таксатора-дешифровщика: ü Персональный компьютер Процессор - Intel Core 7, Оперативная память - 4 Гб, Видеокарта - Nvidia Quadro, Жесткий диск - 2 Тб, Операционная система - Windows 7 Professional SP 1 64 -bit , Сеть – 1 Гбит/с (не менее 100 Мбит/с) ü Cтереомонитор (Stereo Pixel Lc Reflex) ü Модуль для стереодешифрирования данных ДЗЗ «Photomod Stereo. Measure» (Разработка – ЗАО «Ракурс» и ФГУП «Рослесинфорг» ) ü Программный комплекс для лесоустройства и лесного хозяйства: Единая система автоматизированного учета лесов «ЕСАУЛ» (Разработка - ФГУП «Рослесинфорг» )
6 Схема работ по технологическому циклу «От съемки к проекту» The scheme of the stages of the technological circle
7 Основные этапы и содержание работ по технологическому циклу «От съемки к проекту» The main stages and them content
8 Основные этапы и содержание работ по технологическому циклу «От съемки к проекту» The main stages and them content
Выходные документы по технологическому циклу «От съемки к проекту» Output documents По результатам таксации лесов дешифровочным способом (Vision Map А 3+ PHOTOMOD Stereo. Measure + ПК «ЕСАУЛ» ) формируется: ПОЛНЫЙ КОМПЛЕКТ ВЫХОДНЫХ ДОКУМЕНТОВ (в соответствии с требованиями лесоустроительной инструкции): 1. Таксационные описания 2. Карты-схемы лесничеств 3. Лесоустроительные планшеты 4. Планы лесонасаждений ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ ВЫХОДНЫХ ДОКУМЕНТОВ ПО ЖЕЛАНИЮ ЗАКАЗЧИКА: 1. Геоинформационная повыдельная база лесоустроительных данных на магнитном носителе 2. Лесоустроительные фотопланшеты масштабного ряда от 1: 500 до 1: 25000 3. Лесохозяйственный регламент лесничества (лесопарка)
Опыт использования Photomod для задач лесного дешифрирования The experience of use Photomod for tasks of forest interpretation Трейфельд Р. Ф. Фотомод как базовое программное обеспечение компьютерного лесного дешифрирования материалов космоаэрофотосъемки и составления ортофотопланов в технологии лесоустроительных ГИС. 2002. http: //www. racurs. ru/www_download/articles/experience/forest. pdf Трейфельд Р. Ф. , Филиппов Ю. В. Внедрение цифровых фотограмметрических систем в лесоустройство, 2004 http: //www. racurs. ru/www_download/articles/experience/forest_landuse. pdf Лепешко Д. Интеллект. Инициатива. Инновации / Лесное и охотничье хозяйство № 11, 2011, с. 7 -8. Balenovic I. , Seletkpvic A. , Pernar R. , Marjanovic H. , Vuletic D. , Benko M. Comparison of Classical Terrestrial and Photogrammetric Method in Creating Management Division / Proceedings of 45 th International Symposium on Forestry Mechanization «Forest Engineering: Concern, Knowledge and Accountability in Today’s Environment» Oct. 8 - 12, 2012, Dubrovnik (Cavtat), Croatia, 1 -13 p. http: //www. formec 2012. hr/home Толкач И. В. , Бахур О. С. Измерение основных таксационно-дешифровочных показателей древостоя с использованием цифровой фотограмметрической станции (ЦФС) Photomod Lite 5. 0 / Труды БГТУ. 2012. № 1. Лесное хозяйство, с. 66 – 68.
11 Совершенствование способа таксации лесов методом дешифрирования таксационных характеристик насаждений с применением стереосъемки, специального комплекса технических средств и программного обеспечения The improving of process of forest mensuration using method of interpretation of forest stands characteristics, data of stereo survey, special hardware and software Дешифровочный способ таксации лесов основан на аналитическом и измерительном дешифрировании качественных и количественных характеристик лесных насаждений по их изображению на аэро- и (или) космоснимках. Аналитическое и измерительное дешифрирование выполняется с использованием программноаппаратных комплексов, или на стереоскопических приборах. При дешифрировании аэроснимков или космических снимков должны быть определены с требуемой нормативной точностью границы (контуры) лесотаксационных участков, породный состав лесных насаждений, класс возраста, средние высота и диаметр древостоя, тип леса и тип лесорастительных условий, класс бонитета (производительности), полнота и запас древесины лесных насаждений, категории и состояние не покрытых лесной растительностью земель, лесных и нелесных площадей. (п. 78 Лесоустроительной инструкции)
12 Предварительные результаты работ по оценке информационных возможностей материалов цифровой аэросъемки, выполненной аэрокамерой A 3 CIR сверхвысокого пространственного разрешения Preliminary results of the evaluation of information possibilities of digital aerial survey data made aero camera A 3 CIR Лесничество, Площадь Количест- Выполнено субъект РФ аэросъемки, во испол- стереоизмега нителей, рений высот, чел. шт. деревьев Приозерское Ленинградской 30146 10 750 Ошибки стереоизмерений систематиcредняя для всех ческая, квадратислучаев, ческая, ±σ, S, м ±m, % % -1, 16 15, 0 3, 0
13 Вычисление ошибок определения высот отдельно стоящих деревьев по материалам съемки 2012 г. камерой Vision. Map А 3 (Приозерское лесничество Ленинградской области) Calculation errors in the determination of tree heights based on data of Vision. Map A 3 camera performed in 2012 Высоты, м Испол- Количество измереннители наблюные дений, шт. 1 25 17, 7 2 3 4 5 6 7 8 9 10 25 25 25 средние 18, 9 18, 2 19, 0 20, 4 19, 6 18, 5 19, 2 19, 4 19, 0 Ошибки, % истинные систематические, S средние квадратические, σ для всех случаев, m 19, 5 -9, 88 +12, 72 2, 54 19, 5 19, 5 19, 5 0, 46 -4, 95 -0, 33 6, 09 1, 97 -4, 22 -1, 06 -0, 41 0, 73 -1, 16 +18, 54 +16, 52 +15, 62 +14, 89 +11, 88 +12, 66 +16, 53 +18, 35 +14, 82 +15, 25 3, 71 1, 94 3, 12 2, 98 2, 38 2, 53 3, 31 3, 67 2, 96 2, 91
14 Ошибки аналитического и измерительного дешифрирования лесотаксационных выделов по стереоскопическим спектрозональным изображениям, полученным в 2012 году сенсором GEOEYE-1 Errors of interpretation of forest compartments on base of use multispectral stereoscopic images obtained in 2012 sensor GEOEYE-1
15 Сравнительный анализ состава и нормативной точности определения дешифровочным способом показателей по Лесоустроительной инструкции и по технологии «От съемки к проекту» Comparison of content and regulatory accuracy of determination of the set of parameters forest inventory between technology "From survey to project" and Russian Instruction on Forest Inventory
16 Выбор программного обеспечения для стереодешифрирования Select software for stereo interpretation Программы для обработки данных ДЗЗ: • «ФОТОМОД» (ЗАО «Ракурс» , Россия), • «Геоматика-Беспилотник» (ОАО ТЦ «Геоинформатика» , Россия), • INPHO (Trimble, Германия), • ENVI (ITT Visual Information Solutions, США), • ERDAS IMAGINE (Leica Geosystems, Швейцария), • e. Cognition Developer (Definiens Imaging Gmb. H, Германия), • "Скан. Экс" (ИТЦ "Скан. Экс", Россия). Критерии отбора: • • • формирование стереопар цифровых изображений данных ДЗЗ; работа со стереоизображениями (просмотр материалов мультиспектральных съемок с помощью специального оборудования); возможность выполнения анализа признаков лесного дешифрирования, в том числе стереоизмерений высот, размеров крон деревьев, промежутков между ними и других геометрических и морфологических таксационных и дешифровочных показателей деревьев и полога насаждений); создание векторных слоев при работе в стереорежиме (с возможностью импортаэкспорта в форматы распространенных ГИС); возможность организации сетевой работы; русификация
17 Разработка модуля «PHOTOMOD Stereo. Measure» для решения задач лесного дешифрирования (ФГУП «Рослесинфорг» и ЗАО «Ракурс» ) Development of module «PHOTOMOD Stereo. Measure» forest interpretation Программа и задачи разработки • Реализовать формирование стереоизображений из снимков Vision. Map A 3 SLF разных маршрутов с обеспечением возможности нормативного лесотаксационного стереодешифрирования (контурного, аналитического, измерительного). • Обеспечить возможность отображения комбинированных подписей векторных объектов из одного или нескольких выбранных атрибутов. • Добавить возможность при операциях объединения и разделения полигонов заполнять атрибуты значениями по умолчанию без удаления самих атрибутов. • Добавить возможность задавать у векторного слоя набор обязательных атрибутов векторных объектов. • Добавить команду проверки уникальности ключа, состоящего из заданных атрибутов. Команда должна проверять заполненность атрибутов значениями, соответствия значений типу, уникальность ключа в пределах векторного слоя. По результатам проверки должно выдаваться окно со списком найденных ошибок. Исправление ошибок производится вручную имеющимися средствами системы. • Сделать расположение точек привязки подписей полигонов и замкнутых полилиний в пределах их границ. • Добавить тип атрибута «Площадь» . Значения атрибута должны вычисляться автоматически. Для этого атрибута должна быть возможность выбрать единицу измерения га. • Реализовать функцию стереовекторизации по «ортостереоизображениям» (перекрывающимся полосам ортофото из соседних маршрутов), получаемых в результате обработки материалов съемки A 3 Vision Map (из Технического задания)
18 Разработка программного комплекса для информационноаналитического обеспечения процессов лесоустройства и лесного планирования: «Единая система автоматизированного учета лесов» - ПК «ЕСАУЛ» Development of software complex for information and analytical support of forest inventory and forest management planning process – PC «ESAUL» Назначение программного комплекса “ЕСАУЛ”: • Комплексная обработка лесоустроительной информации и формирование геоинформационных баз данных на повыдельном уровне, пакетов документов и отчетов. • Актуализация лесоустроительной информации посредством внесения в базы данных текущих изменений на хозяйственную деятельность и стихийные воздействия на лес, актуализация на ход роста насаждений и изменения нормативной правовой базы. • Ведение государственного лесного реестра (ГЛР) в части определения количественных и качественных характеристик лесов (Раздел 1. Леса и лесные ресурсы)- сбор, обработка, хранение данных ГЛР и предоставление потребителям информации в виде первичных или сводных документов. • Автоматизация информационной поддержки лесного планирования и лесохозяйственного проектирования. • Обеспечение оперативного доступа к геоинформационным повыдельным базам данных через Интернет (Web-сервисы) для авторизованных пользователей. • Обеспечение эффективного администрирования и поддержки системы в актуальном состоянии. • Защита информации.
19 Разработка программного комплекса для информационноаналитического обеспечения процессов лесоустройства и лесного планирования: «Единая система автоматизированного учета лесов» - ПК «ЕСАУЛ» Development of software complex for information and analytical support of forest inventory and forest management planning process – PC «ESAUL» Архитектура ПК «ЕСАУЛ»
20 Схема клиент-серверной архитектуры «От съемки к проекту» The scheme of the client-server architecture Рабочие места (клиенты): • «Фотограмметрист» - обработка и подготовка данных ДЗЗ для дешифрирования и создания ГИС, формирование ортофотопланов с использованием программного обеспечения для обработки ДЗЗ (Vision. Map A 3, Photomod, Scane. Ex, Topo. Flight и др. ) • «Геодезист» - работы по подготовке цифровых основ объектов работ средствами Arc. GIS • «Таксатор - дешифровщик» - работы по лесному стереодешифрированию, формированию слоев лесных карт, вводу и обработке карточек таксации с применением Photomod, Arc. GIS и ЕСАУЛ • «Картограф» - работы по оформлению (редактированию) лесных карт средствами Arc. GIS и ЕСАУЛ
21 Расположение опытных участков (Джатиевское участковое лесничество Приозерского лесничества Ленинградской области) The location of model plots (Priozerskoe district of Leningrad region)
22 Характеристика площади модельной территории Characteristics of the area model territory
23 Порядок работ на модельных участках The order of works on model plots Этап работ Содержание Объем работ 1. Наземное устройство объектов обучающей выборки – тренировочного таксационнодешифровочного полигона Закладка тренировочных таксационнодешифровочных пробных площадей, участков с выборочно-измерительной и выборочноперечислительной таксацией, организация тренировочного таксационно-дешифровочного маршрутного хода 13 пробных площадей, 22 выдела, 3 км маршрутного хода 2. Тренировка исполнителейтаксаторов Отработка приемов работ по таксации, глазомерно -измерительная таксация, контроль результатов Тренировка выполняется на участках с выборочно-измерительной таксацией и маршрутном ходе 3. Натурная таксация модельных участков Глазомерно-измерительная таксация модельных участков 3 участка, 12 кварталов, 404 лесотаксационных участка 4. Тренировка исполнителейдешифровщиков Отработка приемов и методов лесного дешифрирования с изучением признаков дешифрирования и особенностей изображения лесов на материалах ДЗЗ Тренировка выполняется на всех объектах обучающей выборки 5. Камеральное дешифрирование модельных участков Сплошное аналитическое и измерительное дешифрирование лесных участков с определением инструктивных таксационных показателей 3 участка, 12 кварталов, 404 лесотаксационных выдела 6. Контроль выборочной совокупности выделов Уточненная (точность определения запаса не ниже 10%) выборочно-измерительная или выборочноперечислительная таксация лесотаксационных участков наземным способом 10 % от всего количества дешифрируемых лесотаксационных участков, отобранных случайным образом в соответствии с предварительной таблицей встречаемости лесных насаждений 5. Оценка результатов таксации (глазомерно-измерительной и дешифровочной) Вычисление средних квадратических и систематических ошибок определения таксационных показателей Обработка результатов по всей модельной территории
24 Разработка учебных программ и пособий по дистанционным методам в лесном хозяйстве Development of study programs and textbooks for remote sensing methods in forestry Анализ учебных программ лесных вузов и техникумов Анализ учебных пособий по дистанционным методам Учебные программы и пособия по дистанционным методам в лесном хозяйстве Учет опыта производственного обучения В/О «Леспроект» Обзор современных материалов ДЗЗ Технологиче -cкий цикл «От съемки к проекту»
25 Учебная нагрузка для подготовки специалистов-дешифровщиков на базе создаваемого учебно-методического центра по развитию дистанционных методов в лесном хозяйстве Российской Федерации The academic load for training of specialists forest interpretation on base training and methodological center for the development of remote sensing in forestry of the Russian Federation Программа Категории обучаемых Задачи обучения Виды занятий Программа № 1 (120 ч – четыре недели) молодые специалисты, пришедшие на работу в филиалы после окончания лесохозяйственных факультетов вузов или техникумов; опытные специалисты лесного хозяйства, перешедшие на работу в филиалы из смежных организаций (лесничеств, органов управления лесами); специалисты с непрофильным образованием (выпускники биологических, географических, сельскохозяйственных направлений), пришедшие работать в филиалы на должности таксаторов знакомство с базовыми положениями лесного дешифрирования, обучение принципам и алгоритмам дешифрирования, изучение особенностей практической таксации лесов дешифровочным методов, знакомство с современными цифровыми материалами ДЗ, программно-аппаратным обеспечением для лесного стереодешифрирования и технологиями лесоучетных работ с применением дистанционных методов лекции (32 ч), лабораторные (64 ч), учебная практика на полигоне (24 ч) Программа № 2 (60 ч – две недели). опытные специалисты в области производственной таксации, не имеющие опыта лесного дешифрирования (утратившие опыт); опытные специалисты-дешифровщики, не имеющие опыта работы с геоинформационными технологиями, применяемыми в лесоустройстве. повышение квалификации специалистов в области лесного дешифрирования и геоинформационных технологий, обучение технологиям лесоучетных работ с применением дистанционных методов, современных материалов ДЗЗ и программно-аппаратного обеспечения лекции (16 ч), лабораторные (32 ч), учебная практика на полигоне (12 ч). Программа № 3 (30 ч – одна неделя) «От снимка к проекту» опытные специалисты в области производственной таксации, лесного дешифрирования и геоинформационных технологий лесоустройства обучение технологиям лесоучетных работ с применением дистанционных методов, современных материалов ДЗЗ и программноаппаратного обеспечения Виды занятий – лекции (8 ч), лабораторные (16 ч), учебная практика на полигоне (6 ч).
26 Ожидаемые преимущества и перспективы таксации лесов по технологическому циклу «От съемки к проекту» Expected advantages and prospects of New Technology of Forest Mensuration by Interpretation Method “From survey to project” Ожидаемые преимущества: • соответствие точности определения основных лесотаксационных показателей насаждений (состав насаждений, средняя высота, запас и др. ) нормативной точности глазомерного способа таксации лесов, установленной лесоустроительной инструкцией; • более высокая производительность (в 2 -3 раза выше) в сравнении с глазомерным способом таксации; • снижение общей стоимости работ (в 2 -3 раза) в сравнении с глазомерным способом таксации. Ожидаемые перспективы: • Предполагается, что в результате разработки научно-инновационного проекта «От съемки к проекту» будет обеспечена полная готовность предприятия ФГУП «Рослесинфорг» к выполнению Федеральной программы выполнения периодической таксации лесов России в объеме от 20 до 30 млн. га в год на высоком организационно-техническом уровне.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Скачать презентацию Дистанционные методы и программно-аппаратное обеспечение в новой технологии
9937f18d7279eaf84b45996715fc97c4.ppt